JP4271703B2 - Near-field probe using SOI substrate and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、SOI基板を用いた近接場探針(near−field optical probe)及びその製造方法に関し、より詳細には、近接場走査光学顕微鏡や近接場光情報保存装置に適用される近接場探針及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a near-field optical probe using an SOI substrate and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a near-field probe applied to a near-field scanning optical microscope and a near-field light information storage device. The present invention relates to a needle and a manufacturing method thereof.

近接場走査光学顕微鏡は、入射光源の回折限界より精密な光分解能で試料の光学的特性を調べるのに用いられる。ここで使われる近接場探針としては、光ファイバ型の近接場探針とカンチレバー型の近接場探針とがある。   A near-field scanning optical microscope is used to examine the optical characteristics of a sample with a light resolution that is more accurate than the diffraction limit of an incident light source. The near field probe used here includes an optical fiber type near field probe and a cantilever type near field probe.

近接場光情報保存装置は、近接場探針を利用して光記録マークの大きさを記録光源の回折限界未満に縮めて高密度光情報保存に利用する。   The near-field light information storage device uses a near-field probe to reduce the size of the optical recording mark to less than the diffraction limit of the recording light source and use it for high-density optical information storage.

そして、近接場走査光学顕微鏡や近接場光情報保存装置に利用される近接場探針は、シリコン基板に製造されるカンチレバー型やスライド型の近接場探針と、光ファイバ型の近接場探針とに区別できる。シリコン基板に製造される近接場探針は、機械的にさらに安定し、かつ量産に容易であるという長所がある。   The near-field probe used in the near-field scanning optical microscope and the near-field light information storage device includes a cantilever-type and slide-type near-field probe manufactured on a silicon substrate, and an optical fiber-type near-field probe. And can be distinguished. A near-field probe manufactured on a silicon substrate has an advantage that it is more mechanically stable and easy to mass-produce.

シリコン基板を利用した近接場探針の製造方法は、既存の原子顕微鏡用探針の製造工程と一部共通的な製造工程を使用するが、大きい相違点は、チップの先端で近接場が発生するように、アパーチュアが形成しなければならないということである。このような相違により、近接場探針の製造方法は、原子顕微鏡探針の製造方法に比べて製造工程が難しくて製造工程手順が複雑である。   The near-field probe manufacturing method using a silicon substrate uses a part of the manufacturing process common to the existing atomic microscope probe manufacturing process, but the major difference is that a near-field is generated at the tip of the chip. This means that the aperture must be formed. Due to such differences, the manufacturing method of the near-field probe is more difficult and the manufacturing process procedure is complicated than the manufacturing method of the atomic microscope probe.

特に、シリコン基板を利用する場合、アパーチュアが形成されたチップの製造工程と、チップを備えたカンチレバーアームの製造工程とを結合するのに技術的な問題がある。また、シリコン基板を利用する場合、チップエッジのアパーチュアの大きさを、ナノメートル領域で再現性あるように調節し難いという問題がある。   In particular, when a silicon substrate is used, there is a technical problem in coupling a manufacturing process of a chip in which an aperture is formed and a manufacturing process of a cantilever arm including the chip. In addition, when a silicon substrate is used, there is a problem that it is difficult to adjust the size of the chip edge aperture so as to be reproducible in the nanometer range.

韓国公開第1020040035497号公報Korean Publication No. 1020034035497 「Fabrication of a High-Throughput Cantilever-Style Aperture Tip by the Use of the Bird’s Beak Effect」(Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42 (2003) pp.4353-4356)“Fabrication of a High-Throughput Cantilever-Style Aperture Tip by the Use of the Bird ’s Beak Effect” (Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42 (2003) pp.4353-4356) 「SNOM/AFM microprobe integrated with piezoresistive cantilever beam for multifunctional surface analysis」(Microelectronic Engineering 61-62 (2002) 981-986)`` SNOM / AFM microprobe integrated with piezoresistive cantilever beam for multifunctional surface analysis '' (Microelectronic Engineering 61-62 (2002) 981-986)

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、単一シリコン基板を利用せずにSOI(Silicon On Insulator)基板を基に製造された近接場探針を提供するところにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a near-field probe manufactured based on an SOI (Silicon On Insulator) substrate without using a single silicon substrate. There is to offer.

また、本発明の目的は、SOI基板を利用してアパーチュアが形成されたチップの製造工程と、チップを備えたカンチレバーアームの製造工程とを容易に結合できる近接場探針の製造方法を提供するところにある。   Another object of the present invention is to provide a manufacturing method of a near-field probe that can easily combine a manufacturing process of a chip formed with an aperture using an SOI substrate and a manufacturing process of a cantilever arm provided with the chip. By the way.

上述した技術的課題を達成するために、本発明の近接場探針は、SOI基板の下部シリコン層で形成され、前記下部シリコン層の一側に貫通ホールを有するカンチレバーアーム支持部を備えている。   In order to achieve the above-described technical problem, a near-field probe according to the present invention includes a cantilever arm support portion formed of a lower silicon layer of an SOI substrate and having a through hole on one side of the lower silicon layer. .

さらに、本発明の近接場探針は、前記下部シリコン層の上面に支持されつつ、前記貫通ホールより小さなホールをいずれも有するSOI基板の接合酸化層パターン及び上部シリコン層パターンと、該上部シリコン層パターン上に前記ホールに合せて先端部にアパーチュアを持つチップを備えるシリコン酸化層パターンと、前記シリコン酸化層パターン上に前記アパーチュアを埋め込めずに形成された透光防止層とから形成されるカンチレバーアームとを備えている。前記チップは、円錐形や放物線形に構成する。前記アパーチュアは、前記SOI基板の上側に突き出ていることが望ましい。   Furthermore, the near-field probe of the present invention includes a bonding oxide layer pattern and an upper silicon layer pattern of an SOI substrate that are supported on the upper surface of the lower silicon layer and have both holes smaller than the through holes, and the upper silicon layer. A cantilever arm formed of a silicon oxide layer pattern including a chip having an aperture at the tip portion in accordance with the hole on the pattern, and a light transmission preventing layer formed without embedding the aperture on the silicon oxide layer pattern And. The tip is conical or parabolic. It is desirable that the aperture protrudes above the SOI substrate.

また、本発明の近接場探針の製造方法は、まず、下部シリコン層上に第1ホールを有する接合酸化層パターンを形成する。次に、前記第1ホール及び接合酸化層パターン上に上部シリコン層を形成してSOI基板を完成する。次に、前記第1ホールの上部に形成された上部シリコン層にチップ構造物を形成する。次に、前記チップ構造物の外部表面及び上部シリコン層上にカンチレバーアームを構成するシリコン酸化層パターン及び上部シリコン層パターンを順次に形成する。次に、前記カンチレバーアーム支持部を構成する前記下部シリコン層の背面にエッチングマスク層パターンを形成する。次に、前記エッチングマスク層パターンを、エッチングマスクを用いて、前記下部シリコン層及び前記第1ホール上の前記チップ構造物内の上部シリコン層パターンをエッチングして、前記接合酸化層パターンを露出する貫通ホールと前記貫通ホールより小さな第2ホール内で先端部にアパーチュアを有するチップを形成する。次に、前記アパーチュアを埋め込めずに、前記シリコン酸化層パターン上に透光防止層を形成する。   In the manufacturing method of the near-field probe of the present invention, first, a junction oxide layer pattern having a first hole is formed on the lower silicon layer. Next, an upper silicon layer is formed on the first hole and the junction oxide layer pattern to complete an SOI substrate. Next, a chip structure is formed on the upper silicon layer formed on the first hole. Next, a silicon oxide layer pattern and an upper silicon layer pattern constituting a cantilever arm are sequentially formed on the outer surface of the chip structure and the upper silicon layer. Next, an etching mask layer pattern is formed on the back surface of the lower silicon layer constituting the cantilever arm support. Next, the etching mask layer pattern is used to etch the lower silicon layer and the upper silicon layer pattern in the chip structure on the first hole to expose the bonding oxide layer pattern. A chip having an aperture at the tip is formed in the through hole and the second hole smaller than the through hole. Next, a light transmission preventing layer is formed on the silicon oxide layer pattern without embedding the aperture.

これにより、本発明は、前記下部シリコン層の上面に支持されつつ、前記貫通ホールより小さな第2ホールをいずれも有する上部シリコン層パターン及び接合酸化層パターンと、前記第2ホールに合せて先端部にアパーチュアを有するチップを備えるシリコン酸化層パターン及び前記透光防止層とから形成される前記カンチレバーアームを形成する。   Accordingly, the present invention provides an upper silicon layer pattern and a junction oxide layer pattern each having a second hole smaller than the through hole while being supported on the upper surface of the lower silicon layer, and a tip portion corresponding to the second hole. The cantilever arm is formed of a silicon oxide layer pattern including a chip having an aperture and an anti-translucent layer.

前記チップ構造物は、前記上部シリコン層の一部分にシリコン窒化層パターンを形成し、前記シリコン窒化層パターンをマスクとして、前記上部シリコン層をウェットエッチングして、円錐形や放物線形に形成する。   In the chip structure, a silicon nitride layer pattern is formed on a part of the upper silicon layer, and the upper silicon layer is wet-etched using the silicon nitride layer pattern as a mask to form a conical shape or a parabolic shape.

前記カンチレバーアームを構成するシリコン酸化層パターン及び上部シリコン層パターンは、前記チップ構造物を有する上部シリコン層を酸化させて、前記チップ構造物の外部表面及び上部シリコン層上にシリコン酸化層を形成し、前記シリコン酸化層及び上部シリコン層をパターニングして形成する。   The silicon oxide layer pattern and the upper silicon layer pattern constituting the cantilever arm oxidize the upper silicon layer having the chip structure to form a silicon oxide layer on the outer surface and the upper silicon layer of the chip structure. The silicon oxide layer and the upper silicon layer are formed by patterning.

前記貫通ホールと、第2ホール及びチップの形成は、前記エッチングマスク層パターンを、エッチングマスクを用いて、前記下部シリコン層をエッチングして、前記接合酸化層パターンを露出する貫通ホールを形成し、前記接合酸化層パターンを、エッチングマスクを用いて、前記第1ホール上の前記チップ構造物内の上部シリコン層パターンをエッチングして得られる。   The through hole, the second hole and the chip are formed by etching the lower silicon layer using the etching mask layer pattern and an etching mask to form a through hole exposing the bonding oxide layer pattern, The bonding oxide layer pattern is obtained by etching the upper silicon layer pattern in the chip structure on the first hole using an etching mask.

以上のような本発明の近接場探針は、SOI基板を基にしてチップがSOI基板の上側に突き出て構成される。また、本発明の近接場探針は、アパーチュアが形成されたチップの製造工程とチップを備えたカンチレバーアームの製造工程とを容易に結合できる。   The near-field probe of the present invention as described above is configured such that the chip protrudes above the SOI substrate based on the SOI substrate. In addition, the near-field probe of the present invention can easily combine a manufacturing process of a chip in which an aperture is formed and a manufacturing process of a cantilever arm provided with the chip.

本発明の近接場探針は、SOI基板を基にして製造される。これにより、本発明の近接場探針は、SOI基板の下部シリコン層でカンチレバーアーム支持部を構成し、SOI基板の接合酸化層パターン及び上部シリコン層パターン、上部シリコン層パターン上に形成され、アパーチュアを有するチップを備えるシリコン酸化層パターン、及び前記シリコン酸化層パターン上に形成された透光防止層でカンチレバーアームを構成する。   The near-field probe of the present invention is manufactured based on an SOI substrate. Accordingly, the near-field probe of the present invention forms a cantilever arm support portion with the lower silicon layer of the SOI substrate, and is formed on the junction oxide layer pattern, the upper silicon layer pattern, and the upper silicon layer pattern of the SOI substrate. A cantilever arm is composed of a silicon oxide layer pattern including a chip having a chip and a light transmission preventing layer formed on the silicon oxide layer pattern.

このように本発明の近接場探針は、チップがSOI基板の上側、すなわち、上部を向かうように構成して、チップが測定しようとする試料との衝突を防止できる。   As described above, the near-field probe of the present invention is configured such that the tip faces the upper side, that is, the upper side of the SOI substrate, and can prevent the tip from colliding with the sample to be measured.

さらに、本発明の近接場探針の製造方法は、チップがSOI基板の上側、すなわち、上部に向かうように形成しつつも、アパーチュアが形成されたチップの製造工程と、チップを備えるカンチレバーアームの製造工程とを容易に結合できる。   Furthermore, the manufacturing method of the near-field probe of the present invention includes a manufacturing process of a chip in which an aperture is formed while the chip is formed so as to face the upper side of the SOI substrate, that is, an upper part, and a cantilever arm including the chip. The manufacturing process can be easily combined.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、以下に例示する本発明の実施形態は、色々な他の形態に変形され、本発明の範囲が後述する実施形態に限定されるものではなく、相異なる多様な形態に具現できる。本発明の実施形態は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。図面で膜または領域の大きさまたは厚さは、明細書の明確性のために誇張されたものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The embodiments of the present invention exemplified below are modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described later, and can be embodied in various different forms. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the size or thickness of the film or region is exaggerated for clarity.

まず、図14及び図15を参照して、本発明による近接場探針の構造について説明する。
図14は、本発明による近接場探針の構造を示す断面図であり、図15は、本発明による近接場探針の平面図で、図14は、図15のA−A線の断面図である。
First, the structure of a near-field probe according to the present invention will be described with reference to FIGS.
14 is a cross-sectional view showing the structure of the near-field probe according to the present invention, FIG. 15 is a plan view of the near-field probe according to the present invention, and FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. It is.

図14において、下部シリコン層10と、接合酸化層パターン12及び上部シリコン層パターン16aで構成されたSOI基板18の複数の区分領域52に、近接場探針100が複数形成されている。区分領域52内に形成される近接場探針100は、SOI基板18を構成するシリコン層50(下部シリコン層や上部シリコン層)に連結されている。ダイアモンドトップや切断道具を使用して、シリコン層50を切断して個別に近接場探針100が設けられる。   In FIG. 14, a plurality of near-field probes 100 are formed in a plurality of divided regions 52 of the SOI substrate 18 constituted by the lower silicon layer 10, the junction oxide layer pattern 12, and the upper silicon layer pattern 16a. The near-field probe 100 formed in the segmented region 52 is connected to a silicon layer 50 (a lower silicon layer or an upper silicon layer) constituting the SOI substrate 18. The near-field probe 100 is individually provided by cutting the silicon layer 50 using a diamond top or a cutting tool.

近接場探針100は、カンチレバーアーム支持部62と、このカンチレバーアーム支持部62に支持されるカンチレバーアーム64とから形成されるカンチレバー部66を備えている。符号68は、SOI基板18の一部分が除去された分離部を示している。   The near-field probe 100 includes a cantilever part 66 formed by a cantilever arm support part 62 and a cantilever arm 64 supported by the cantilever arm support part 62. Reference numeral 68 denotes a separation part from which a part of the SOI substrate 18 is removed.

再び、図14において、本発明の近接場探針100は、SOI基板18の下部シリコン層10から形成され、この下部シリコン層10の一側に貫通ホール34を有するカンチレバーアーム支持部62と、このカンチレバーアーム支持部62に支持されて、貫通ホール34に対応するように設けられるカンチレバーアーム64とに大別される。このカンチレバーアーム64は、貫通ホール34に対応してチップ38及びアパーチュア40を備えている。また、カンチレバーアーム64は、カンチレバーアーム支持部62を構成するSOI基板18の下部シリコン層10の上面で支持されている。   Referring again to FIG. 14, the near-field probe 100 of the present invention is formed from the lower silicon layer 10 of the SOI substrate 18 and has a cantilever arm support 62 having a through hole 34 on one side of the lower silicon layer 10. A cantilever arm 64 supported by the cantilever arm support 62 and corresponding to the through hole 34 is roughly divided. The cantilever arm 64 includes a tip 38 and an aperture 40 corresponding to the through hole 34. The cantilever arm 64 is supported on the upper surface of the lower silicon layer 10 of the SOI substrate 18 that constitutes the cantilever arm support portion 62.

より詳細に、カンチレバーアーム64は、カンチレバーアーム支持部62を構成するSOI基板18の下部シリコン層10の上面に支持されつつ、貫通ホール34より小さなホール36を有するSOI基板18の接合酸化層パターン12と、上部シリコン層パターン16aと、この上部シリコン層パターン16a上に、ホール36に合せて先端部にアパーチュア40を有するチップ38を備えるシリコン酸化層パターン26aと、このシリコン酸化層パターン26a上に、アパーチュア40を埋め込めずに形成された透光防止層42とから形成されている。チップ38は、円錐形または放物線形に構成されている。このチップ38の形態を円錐形や放物線形に構成する理由は、透光率を向上させるためである。透光防止層42は、金属層で構成されている。   More specifically, the cantilever arm 64 is supported on the upper surface of the lower silicon layer 10 of the SOI substrate 18 constituting the cantilever arm support portion 62 and has the bonding oxide layer pattern 12 of the SOI substrate 18 having a hole 36 smaller than the through hole 34. On the upper silicon layer pattern 16a, on the upper silicon layer pattern 16a, on the silicon oxide layer pattern 26a including the chip 38 having the aperture 40 at the tip in accordance with the hole 36, on the silicon oxide layer pattern 26a, The light transmission preventing layer 42 is formed without embedding the aperture 40. The tip 38 has a conical shape or a parabolic shape. The reason why the shape of the tip 38 is conical or parabolic is to improve the light transmittance. The light transmission preventing layer 42 is composed of a metal layer.

また、本発明の近接場探針100は、符号46で示しているように、下方から上方に光が進行し、チップ38がSOI基板18の上側、すなわち、上部に向かうように構成されている。このようにチップ38が、SOI基板18の上側に向う場合、チップ38が測定しようとする試料との衝突を防止できる長所を有している。さらに、本発明は、以下に説明するような製造工程を通じて、アパーチュア40が形成されたチップの製造工程と、チップ38を備えるカンチレバーアーム64の製造工程とを容易に結合できる。   Further, the near-field probe 100 of the present invention is configured such that light travels from below to above as indicated by reference numeral 46 and the chip 38 is directed to the upper side, that is, the upper side of the SOI substrate 18. . Thus, when the chip 38 faces the upper side of the SOI substrate 18, it has an advantage that the chip 38 can prevent a collision with a sample to be measured. Further, according to the present invention, the manufacturing process of the chip in which the aperture 40 is formed and the manufacturing process of the cantilever arm 64 including the chip 38 can be easily combined through the manufacturing process described below.

以下に、本発明による近接場探針の製造方法について説明する。
図1乃至図14は、本発明による近接場探針の製造方法を説明するための断面図である。図1乃至図14は、図15のA−A線の断面図である。図1乃至図14は、図15のSOI基板18上に形成される近接場探針100のうち一つの近接場探針100の製造方法を説明するものである。そして、図1乃至図14は、チップ38を一つだけ形成することを例としているが、一つの近接場探針内に複数のチップを形成しても構わない。
Below, the manufacturing method of the near field probe by this invention is demonstrated.
1 to 14 are cross-sectional views for explaining a manufacturing method of a near-field probe according to the present invention. 1 to 14 are cross-sectional views taken along line AA in FIG. FIGS. 1 to 14 illustrate a method for manufacturing one of the near-field probes 100 formed on the SOI substrate 18 of FIG. 1 to 14 show an example in which only one chip 38 is formed, but a plurality of chips may be formed in one near-field probe.

まず、図1及び図2において、下部シリコン層10上に、第1ホール14を有する接合酸化層パターン12を形成する。第1ホール14は、後工程で近接場探針のチップを形成するためにあらかじめ形成するものである。次いで、第1ホール14は、200μm乃至600μm厚さの下部シリコン層10上に、熱酸化蒸着法で接合酸化層を0.5μm乃至2μm厚さに形成した後、写真エッチング工程を通じてエッチングして、パターニングすることによって形成する。   First, in FIG. 1 and FIG. 2, a junction oxide layer pattern 12 having a first hole 14 is formed on the lower silicon layer 10. The first hole 14 is formed in advance to form a near-field probe tip in a later process. Next, the first hole 14 is formed by forming a bonding oxide layer to a thickness of 0.5 μm to 2 μm by thermal oxidation deposition on the lower silicon layer 10 having a thickness of 200 μm to 600 μm. It is formed by patterning.

次いで、第1ホール14及び接合酸化層パターン12上に、7μm乃至20μm厚さの上部シリコン層16を接合させる。これにより、下部シリコン層10と、第1ホール14を有する接合酸化層パターン12と、上部シリコン層16とでSOI基板18が完成される。このように図1及び図2は、SOI基板18を製造する前に、接合酸化層に後工程でチップ形成を容易にするために、必要な第1ホール14をあらかじめ形成する工程である。   Next, an upper silicon layer 16 having a thickness of 7 μm to 20 μm is bonded on the first hole 14 and the bonding oxide layer pattern 12. As a result, the SOI substrate 18 is completed by the lower silicon layer 10, the junction oxide layer pattern 12 having the first holes 14, and the upper silicon layer 16. As described above, FIGS. 1 and 2 show a process of forming the necessary first holes 14 in advance in the bonding oxide layer in order to facilitate chip formation in a subsequent process before the SOI substrate 18 is manufactured.

次に、図3において、SOI基板18の上部シリコン層16及び下部シリコン層10上に、第1シリコン窒化層20を、200nm乃至300nm厚さに形成する。すなわち、SOI基板18の表面及び背面にシリコン窒化層20を形成する。   Next, in FIG. 3, a first silicon nitride layer 20 is formed to a thickness of 200 nm to 300 nm on the upper silicon layer 16 and the lower silicon layer 10 of the SOI substrate 18. That is, the silicon nitride layer 20 is formed on the front and back surfaces of the SOI substrate 18.

次いで、SOI基板18の上部シリコン層16上に形成されたシリコン窒化層20を、写真エッチング工程でパターニングし、ドライエッチング方法でエッチングして、シリコン窒化層パターン22を形成する。シリコン窒化層パターン22は、後工程でエッチングマスク層の役割を行う。シリコン窒化層パターン22は、後工程でチップを形成するために、必要な第1ホール14の上部にアラインされるように形成する。   Next, the silicon nitride layer 20 formed on the upper silicon layer 16 of the SOI substrate 18 is patterned by a photo etching process and etched by a dry etching method to form a silicon nitride layer pattern 22. The silicon nitride layer pattern 22 serves as an etching mask layer in a later process. The silicon nitride layer pattern 22 is formed so as to be aligned with the upper portion of the first hole 14 necessary for forming a chip in a later process.

次に、図4において、シリコン窒化層パターン22を、エッチングマスクを用いて、SOI基板18を構成する上部シリコン層16を等方的にエッチングして、円錐形のチップ構造物24を形成する。上部シリコン層16の等方的エッチングは、フッ酸、硝酸、及び酢酸の混合溶液を利用したウェットエッチング法を利用するか、SFガス雰囲気でRIE(Reactive Ion Etch)装備を利用したドライエッチング法を利用する。この図4においては、SOI基板18を構成する上部シリコン層16を等方エッチングする時、シリコン窒化層パターン22の下部にアンダーカット23が発生する。 Next, in FIG. 4, the silicon nitride layer pattern 22 is isotropically etched using the etching mask to form the upper silicon layer 16 constituting the SOI substrate 18 to form a conical chip structure 24. The isotropic etching of the upper silicon layer 16 uses a wet etching method using a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid, or a dry etching method using RIE (Reactive Ion Etch) equipment in an SF 6 gas atmosphere. Is used. In FIG. 4, when the upper silicon layer 16 constituting the SOI substrate 18 is isotropically etched, an undercut 23 is generated below the silicon nitride layer pattern 22.

これにより、等方エッチング時に、シリコン窒化層パターン22と上部シリコン層16との接合面の幅W1を、ミクロン(μm)以下に調節しつつ、円錐形のチップ構造物24が形成される。特に、SOI基板18を構成する上部シリコン層16のエッチング時間やエッチング条件などを調節する場合に、チップ構造物24を円錐形や放物線形に自由に形成できる。   As a result, during isotropic etching, the conical chip structure 24 is formed while adjusting the width W1 of the bonding surface between the silicon nitride layer pattern 22 and the upper silicon layer 16 to be less than a micron (μm). In particular, when the etching time or etching conditions of the upper silicon layer 16 constituting the SOI substrate 18 are adjusted, the chip structure 24 can be freely formed conically or parabolically.

次に、図5において、チップ構造物24を含むSOI基板18の上部シリコン層16を酸化させて、所定の厚さ500nm乃至800nmの厚さにシリコン酸化層26を形成する。換言すれば、チップ構造物24の外部表面及び上部シリコン層16上に、シリコン酸化層26を形成する。これにより、チップ構造物24の外部表面上に放物線形や円錐形にシリコン酸化層26が形成される。   Next, in FIG. 5, the upper silicon layer 16 of the SOI substrate 18 including the chip structure 24 is oxidized to form a silicon oxide layer 26 having a predetermined thickness of 500 nm to 800 nm. In other words, the silicon oxide layer 26 is formed on the outer surface of the chip structure 24 and the upper silicon layer 16. As a result, the silicon oxide layer 26 is formed in a parabolic shape or a conical shape on the outer surface of the chip structure 24.

特に、SOI基板18の上部シリコン層16を酸化させてシリコン酸化層26を形成する時に、シリコン窒化層パターン22と接する上部シリコン層16の幅W2が、100nm以下、望ましくは、10nm乃至100nmに形成する。シリコン窒化層パターン22と接する上部シリコン層16部分は、後で近接場探針のチップが形成されるホールになる部分であり、幅が近接場走査光学顕微鏡の分解能や、近接場光情報保存装置の保存密度に大きい影響を与える。   In particular, when forming the silicon oxide layer 26 by oxidizing the upper silicon layer 16 of the SOI substrate 18, the width W2 of the upper silicon layer 16 in contact with the silicon nitride layer pattern 22 is 100 nm or less, preferably 10 nm to 100 nm. To do. The upper silicon layer 16 portion in contact with the silicon nitride layer pattern 22 is a portion to be a hole in which a near-field probe tip will be formed later, and the width is the resolution of the near-field scanning optical microscope or the near-field light information storage device. This greatly affects the storage density.

次に、図6において、SOIシリコン基板18の背面に形成されたシリコン窒化層20及びSOIシリコン基板18の上面に形成されたシリコン窒化層パターン22を、燐酸溶液を利用して、ウェットエッチングで除去する。次いで、シリコン酸化層26上に、カンチレバー形成用マスクパターン28を形成する。カンチレバー形成用マスクパターン28は、写真工程を利用してフォトレジストパターンに形成する。カンチレバー形成用マスクパターン28は、SOI基板18のカンチレバー部66にのみ形成される。このカンチレバー部66以外のSOI基板18は、分離部68となる。   Next, in FIG. 6, the silicon nitride layer 20 formed on the back surface of the SOI silicon substrate 18 and the silicon nitride layer pattern 22 formed on the top surface of the SOI silicon substrate 18 are removed by wet etching using a phosphoric acid solution. To do. Next, a cantilever forming mask pattern 28 is formed on the silicon oxide layer 26. The cantilever forming mask pattern 28 is formed into a photoresist pattern using a photographic process. The cantilever forming mask pattern 28 is formed only on the cantilever portion 66 of the SOI substrate 18. The SOI substrate 18 other than the cantilever part 66 becomes a separation part 68.

次に、図7において、カンチレバー形成用マスクパターン28を利用して、シリコン酸化層26及び上部シリコン層16をエッチングして、カンチレバーアーム64を構成するシリコン酸化層パターン26aと、上部シリコン層パターン16aを形成する。シリコン酸化層パターン26a及び上部シリコン層パターン16aが、カンチレバーアーム64に形成される。   Next, in FIG. 7, the silicon oxide layer 26 and the upper silicon layer 16 are etched using the cantilever forming mask pattern 28 to form the silicon oxide layer pattern 26a constituting the cantilever arm 64 and the upper silicon layer pattern 16a. Form. A silicon oxide layer pattern 26 a and an upper silicon layer pattern 16 a are formed on the cantilever arm 64.

次に、図8において、カンチレバー形成用マスクパターン28を除去した後、SOI基板18の背面、すなわち、下部シリコン層10の背面のカンチレバーアーム支持部62に、エッチングマスク層パターン30を形成する。このエッチングマスク層パターン30は、シリコン酸化層パターンで形成する。エッチングマスク層パターン30は、チップ構造物24に対応しない下部シリコン層10の背面に、シリコン酸化層を2μm乃至4μm厚さに形成した後、写真エッチング工程でパターニングして形成する。エッチングマスク層パターン30は、両面露光装置を利用した写真工程及びエッチング工程を利用して形成する。   Next, in FIG. 8, after removing the cantilever forming mask pattern 28, the etching mask layer pattern 30 is formed on the back surface of the SOI substrate 18, that is, on the back surface of the lower silicon layer 10. The etching mask layer pattern 30 is formed of a silicon oxide layer pattern. The etching mask layer pattern 30 is formed by forming a silicon oxide layer with a thickness of 2 μm to 4 μm on the back surface of the lower silicon layer 10 that does not correspond to the chip structure 24, and then patterning the silicon oxide layer in a photo etching process. The etching mask layer pattern 30 is formed using a photographic process and an etching process using a double-side exposure apparatus.

特に、エッチングマスク層パターン30が形成された部分は、後続工程でカンチレバーアーム64を支持するカンチレバーアーム支持部62になる部分である。そして、カンチレバー部66のうち、カンチレバーアーム支持部62を除外した部分は、後続工程でチップ38及びアパーチュア40が形成されて、カンチレバーアーム64になる部分である。   In particular, the portion where the etching mask layer pattern 30 is formed is a portion that becomes the cantilever arm support portion 62 that supports the cantilever arm 64 in a subsequent process. A portion of the cantilever portion 66 excluding the cantilever arm support portion 62 is a portion where the tip 38 and the aperture 40 are formed in the subsequent process to become the cantilever arm 64.

次に、図9において、シリコン酸化層パターン26a上にカンチレバーアーム保護用パターン32を形成する。このカンチレバーアーム保護用パターン32は、上部シリコン層パターン16a及びシリコン酸化層パターン26aが形成されたSOI基板18の全面にフォトレジスト膜(図示せず)を形成した後、パターニングして形成する。   Next, in FIG. 9, a cantilever arm protection pattern 32 is formed on the silicon oxide layer pattern 26a. The cantilever arm protection pattern 32 is formed by forming a photoresist film (not shown) on the entire surface of the SOI substrate 18 on which the upper silicon layer pattern 16a and the silicon oxide layer pattern 26a are formed, and then patterning.

次に、図10にいて、エッチングマスク層パターン30を、エッチングマスクを用いて、下部シリコン層10をエッチングして、SOI基板18を構成する接合酸化層パターン12を露出する貫通ホール34を形成する。下部シリコン層10のエッチング時に、接合酸化層パターン12までのみエッチングする。   Next, in FIG. 10, the lower silicon layer 10 is etched using the etching mask layer pattern 30 and the etching mask to form a through hole 34 exposing the bonding oxide layer pattern 12 constituting the SOI substrate 18. . When the lower silicon layer 10 is etched, only the bonding oxide layer pattern 12 is etched.

次に、図11において、接合酸化層パターン12を、エッチングマスクを用いて、第1ホール14上のチップ構造物24内の上部シリコン層パターン16aをエッチングして、第2ホール36を形成する。この第2ホール36の形成時、チップ構造物24以外の上部シリコン層パターン16aは、接合酸化層パターン12によって保護される。そして、チップ構造物24内の上部シリコン層パターン16aをエッチングすることによって、円錐形や放物線形に、先端部にアパーチュア40が形成されたチップ38が形成される。アパーチュア40は、SOI基板の上側に突き出て形成される。   Next, in FIG. 11, the upper silicon layer pattern 16a in the chip structure 24 on the first hole 14 is etched using the bonding oxide layer pattern 12 using an etching mask to form the second hole 36. When the second hole 36 is formed, the upper silicon layer pattern 16 a other than the chip structure 24 is protected by the bonding oxide layer pattern 12. Then, by etching the upper silicon layer pattern 16a in the chip structure 24, a chip 38 having an aperture 40 formed at the tip thereof in a conical or parabolic shape is formed. The aperture 40 is formed so as to protrude above the SOI substrate.

次に、図12において、分離部68に形成された接合酸化層パターン12を除去する。このようになれば、カンチレバーアーム支持部62及びカンチレバーアーム64で構成されたカンチレバー部66のみが残る。カンチレバーアーム64には、カンチレバーを構成する接合酸化層パターン12と、上部シリコン層パターン16aと、シリコン酸化層パターン26aが形成される。   Next, in FIG. 12, the bonding oxide layer pattern 12 formed in the separation portion 68 is removed. If it becomes like this, only the cantilever part 66 comprised by the cantilever arm support part 62 and the cantilever arm 64 will remain. The cantilever arm 64 is formed with the junction oxide layer pattern 12, the upper silicon layer pattern 16a, and the silicon oxide layer pattern 26a that constitute the cantilever.

次に、図13及び図14において、カンチレバー保護用パターン32を除去する。次いで、シリコン酸化層パターン26a上に、アパーチュア40を埋め込めずに、光の透過を防止するための透光防止層42を形成する。この透光防止層42は、光の透過を防止するための物質として、アルミニウム(Al)または金(Au)などのような金属を利用して形成する。これにより、カンチレバーアーム支持部62に支持されてカンチレバーアーム64を備えた近接場探針100が完成する。   Next, in FIGS. 13 and 14, the cantilever protection pattern 32 is removed. Next, a light transmission preventing layer 42 for preventing light transmission without forming the aperture 40 is formed on the silicon oxide layer pattern 26a. The light transmission preventing layer 42 is formed using a metal such as aluminum (Al) or gold (Au) as a material for preventing light transmission. Thereby, the near-field probe 100 including the cantilever arm 64 supported by the cantilever arm support portion 62 is completed.

カンチレバーアーム64は、接合酸化層パターン12と、上部シリコン層パターン16aと、チップ38にアパーチュア40を有するシリコン酸化層パターン26a及びシリコン酸化層パターン26a上に形成された透光防止層42とで構成されている。以上のように本発明は、SOI基板を利用してアパーチュアが形成されたチップの製造工程と、チップを備えるカンチレバーアームの製造工程とを容易に結合して近接場探針を製造できる。   The cantilever arm 64 includes a junction oxide layer pattern 12, an upper silicon layer pattern 16a, a silicon oxide layer pattern 26a having an aperture 40 on the chip 38, and a light transmission preventing layer 42 formed on the silicon oxide layer pattern 26a. Has been. As described above, according to the present invention, a near-field probe can be manufactured by easily combining a manufacturing process of a chip in which an aperture is formed using an SOI substrate and a manufacturing process of a cantilever arm including the chip.

本発明は、SOI基板を用いた近接場探針及びその製造方法に関し、近接場走査光学顕微鏡や近接場光情報保存装置に好適に用いられる。チップがSOI基板の上側、すなわち、上部を向かうように構成して、チップが測定しようとする試料との衝突を防止できる。   The present invention relates to a near-field probe using an SOI substrate and a manufacturing method thereof, and is preferably used for a near-field scanning optical microscope and a near-field light information storage device. It is possible to prevent the chip from colliding with the sample to be measured by configuring the chip so as to face the upper side, that is, the upper side of the SOI substrate.

本発明による近接場探針及びその製造方法を説明するための断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) for demonstrating the near-field probe and its manufacturing method by this invention. 本発明による近接場探針及びその製造方法を説明するための断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) for demonstrating the near-field probe by this invention, and its manufacturing method. 本発明による近接場探針及びその製造方法を説明するための断面図(その3)である。It is sectional drawing (the 3) for demonstrating the near-field probe and its manufacturing method by this invention. 本発明による近接場探針及びその製造方法を説明するための断面図(その4)である。It is sectional drawing (the 4) for demonstrating the near-field probe by this invention, and its manufacturing method. 本発明による近接場探針及びその製造方法を説明するための断面図(その5)である。It is sectional drawing (the 5) for demonstrating the near-field probe by this invention, and its manufacturing method. 本発明による近接場探針及びその製造方法を説明するための断面図(その6)である。It is sectional drawing (the 6) for demonstrating the near-field probe and its manufacturing method by this invention. 本発明による近接場探針及びその製造方法を説明するための断面図(その7)である。It is sectional drawing (the 7) for demonstrating the near-field probe and its manufacturing method by this invention. 本発明による近接場探針及びその製造方法を説明するための断面図(その8)である。It is sectional drawing (the 8) for demonstrating the near-field probe by this invention, and its manufacturing method. 本発明による近接場探針及びその製造方法を説明するための断面図(その9)である。It is sectional drawing (the 9) for demonstrating the near-field probe by this invention, and its manufacturing method. 本発明による近接場探針及びその製造方法を説明するための断面図(その10)である。It is sectional drawing (the 10) for demonstrating the near-field probe by this invention, and its manufacturing method. 本発明による近接場探針及びその製造方法を説明するための断面図(その11)である。It is sectional drawing (the 11) for demonstrating the near-field probe and its manufacturing method by this invention. 本発明による近接場探針及びその製造方法を説明するための断面図(その12)である。It is sectional drawing (the 12) for demonstrating the near-field probe by this invention, and its manufacturing method. 本発明による近接場探針及びその製造方法を説明するための断面図(その13)である。It is sectional drawing (the 13) for demonstrating the near-field probe and its manufacturing method by this invention. 本発明による近接場探針及びその製造方法を説明するための断面図(その14)である。It is sectional drawing (the 14) for demonstrating the near-field probe by this invention, and its manufacturing method. 本発明による近接場探針の平面図である。It is a top view of the near field probe by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 下部シリコン層
12 接合酸化層パターン
14 第1ホール
16 上部シリコン層
16a 上部シリコン層パターン
18 SOI基板
20 シリコン窒化層
22 シリコン窒化層パターン
23 アンダーカット
26 シリコン酸化層
26a シリコン酸化層パターン
28 カンチレバー形成用マスクパターン
30 エッチングマスク層パターン
32 カンチレバーアーム保護用パターン
34 貫通ホール
36 第2ホール
38 チップ
40 アパーチュア
42 透光防止層
46 近接場探針
62 カンチレバーアーム支持部
64 カンチレバーアーム
66 カンチレバー部
68 分離部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lower silicon layer 12 Junction oxide layer pattern 14 1st hole 16 Upper silicon layer 16a Upper silicon layer pattern 18 SOI substrate 20 Silicon nitride layer 22 Silicon nitride layer pattern 23 Undercut 26 Silicon oxide layer 26a Silicon oxide layer pattern 28 For cantilever formation Mask pattern 30 Etching mask layer pattern 32 Cantilever arm protection pattern 34 Through hole 36 Second hole 38 Chip 40 Aperture 42 Light transmission prevention layer 46 Near field probe 62 Cantilever arm support portion 64 Cantilever arm 66 Cantilever portion 68 Separating portion

Claims (10)

SOI基板の下部シリコン層で形成され、該下部シリコン層の一側に貫通ホールを有するカンチレバーアーム支持部と、
前記下部シリコン層の上面に支持されつつ、前記貫通ホールより小さなホールをいずれも有するSOI基板の接合酸化層パターン及び上部シリコン層パターンと、該上部シリコン層パターン上に前記ホールに合せて先端部にアパーチュアを有するチップを備えるシリコン酸化層パターンと、該シリコン酸化層パターン上に前記アパーチュアを埋め込めずに形成された透光防止層とから形成されるカンチレバーアームと
を備えたことを特徴とする近接場探針。
A cantilever arm support formed of a lower silicon layer of an SOI substrate and having a through hole on one side of the lower silicon layer;
A bonded oxide layer pattern and an upper silicon layer pattern of an SOI substrate, both of which are supported on the upper surface of the lower silicon layer and have holes smaller than the through-holes, and on the upper end of the upper silicon layer pattern in accordance with the holes. A near-field comprising: a silicon oxide layer pattern including a chip having an aperture; and a cantilever arm formed from a light-transmitting prevention layer formed without embedding the aperture on the silicon oxide layer pattern. Probe.
前記チップは、円錐形や放物線形に構成することを特徴とする請求項1に記載の近接場探針。   The near-field probe according to claim 1, wherein the tip has a conical shape or a parabolic shape. 前記アパーチュアは、前記SOI基板の上側に突き出ていることを特徴とする請求項1に記載の近接場探針。   The near-field probe according to claim 1, wherein the aperture protrudes above the SOI substrate. 下部シリコン層上に第1ホールを有する接合酸化層パターンを形成する工程と、
前記第1ホール及び前記接合酸化層パターン上に上部シリコン層を形成してSOI基板を完成する工程と、
前記第1ホールの上部に形成された前記上部シリコン層にチップ構造物を形成する工程と、
前記チップ構造物の外部表面及び上部シリコン層上にカンチレバーアームを構成するシリコン酸化層パターン及び上部シリコン層パターンを順次に形成する工程と、
カンチレバーアーム支持部を構成する前記下部シリコン層の背面にエッチングマスク層パターンを形成する工程と、
前記エッチングマスク層パターンをエッチングマスクを用いて、前記下部シリコン層及び前記第1ホール上の前記チップ構造物内の前記上部シリコン層パターンをエッチングして、前記接合酸化層パターンを露出する貫通ホールと、該貫通ホールより小さな第2ホール内で先端部にアパーチュアを有するチップとを形成する工程と、
前記アパーチュアを埋め込めずに、前記シリコン酸化層パターン上に透光防止層を形成する工程とを含み、
前記下部シリコン層の上面に支持されつつ、前記貫通ホールより小さな第2ホールをいずれも有する前記上部シリコン層パターン及び前記接合酸化層パターンと、前記第2ホールに合せて先端部にアパーチュアを有するチップを備える前記シリコン酸化層パターン及び前記透光防止層から形成される前記カンチレバーアームを形成することを特徴とする近接場探針の製造方法。
Forming a junction oxide layer pattern having a first hole on the lower silicon layer;
Forming an upper silicon layer on the first hole and the junction oxide layer pattern to complete an SOI substrate;
Forming a chip structure on the upper silicon layer formed on the first hole;
Sequentially forming a silicon oxide layer pattern and an upper silicon layer pattern constituting a cantilever arm on an outer surface and an upper silicon layer of the chip structure;
Forming an etching mask layer pattern on the back surface of the lower silicon layer constituting the cantilever arm support;
Using the etching mask layer pattern as an etching mask, etching the upper silicon layer pattern in the chip structure on the lower silicon layer and the first hole to expose the junction oxide layer pattern; Forming a chip having an aperture at the tip in a second hole smaller than the through hole;
Forming a light transmission preventing layer on the silicon oxide layer pattern without embedding the aperture,
The upper silicon layer pattern and the junction oxide layer pattern, both of which are supported on the upper surface of the lower silicon layer and have a second hole smaller than the through-hole, and a tip having an aperture at the tip in accordance with the second hole And forming the cantilever arm formed from the silicon oxide layer pattern and the light transmission preventing layer.
前記チップ構造物は、
前記上部シリコン層の一部分にシリコン窒化層パターンを形成し、該シリコン窒化層パターンをマスクとして、前記上部シリコン層をウェットエッチングして、円錐形や放物線形に形成することを特徴とする請求項4に記載の近接場探針の製造方法。
The chip structure is
5. The silicon nitride layer pattern is formed on a portion of the upper silicon layer, and the upper silicon layer is wet-etched using the silicon nitride layer pattern as a mask to form a conical shape or a parabolic shape. The manufacturing method of the near-field probe as described in 2.
前記カンチレバーアームを構成する前記シリコン酸化層パターン及び前記上部シリコン層パターンは、
前記チップ構造物を有する前記上部シリコン層を酸化させて、前記チップ構造物の外部表面及び前記上部シリコン層上にシリコン酸化層を形成し、該シリコン酸化層及び前記上部シリコン層をパターニングして形成することを特徴とする請求項5に記載の近接場探針の製造方法。
The silicon oxide layer pattern and the upper silicon layer pattern constituting the cantilever arm are:
Forming by oxidizing the upper silicon layer having the chip structure to form a silicon oxide layer on the outer surface of the chip structure and the upper silicon layer, and patterning the silicon oxide layer and the upper silicon layer The method for manufacturing a near-field probe according to claim 5, wherein:
前記上部シリコン層の酸化時、前記チップ構造物の上端部には、前記シリコン酸化層が形成されないようにして、後続工程で前記アパーチュアにすることを特徴とする請求項6に記載の近接場探針の製造方法。   7. The near field probe according to claim 6, wherein when the upper silicon layer is oxidized, the silicon oxide layer is not formed on an upper end portion of the chip structure and the aperture is formed in a subsequent process. Needle manufacturing method. 前記上部シリコン層の酸化時、前記シリコン窒化層パターンと接する前記上部シリコン層の幅を調節することを特徴とする請求項6に記載の近接場探針の製造方法。   7. The method of manufacturing a near-field probe according to claim 6, wherein when the upper silicon layer is oxidized, a width of the upper silicon layer in contact with the silicon nitride layer pattern is adjusted. 前記エッチングマスク層パターンを形成した後、前記シリコン酸化層パターン上に前記カンチレバーアーム保護用パターンをさらに形成することを特徴とする請求項4に記載の近接場探針の製造方法。   5. The method of manufacturing a near-field probe according to claim 4, wherein after forming the etching mask layer pattern, the cantilever arm protection pattern is further formed on the silicon oxide layer pattern. 前記貫通ホールと、前記第2ホール及び前記チップの形成は、
前記エッチングマスク層パターンを、エッチングマスクを用いて、前記下部シリコン層をエッチングして、前記接合酸化層パターンを露出する前記貫通ホールを形成し、前記接合酸化層パターンを、エッチングマスクを用いて、前記第1ホール上の前記チップ構造物内の上部シリコン層パターンをエッチングして得られることを特徴とする請求項9に記載の近接場探針の製造方法。
The through hole, the second hole and the chip are formed as follows:
The etching mask layer pattern is etched using the etching mask, the lower silicon layer is etched to form the through hole exposing the bonding oxide layer pattern, and the bonding oxide layer pattern is etched using the etching mask. The method of manufacturing a near-field probe according to claim 9, wherein the method is obtained by etching an upper silicon layer pattern in the chip structure on the first hole.
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